如何用能量守恒分析高中物理问题

黄致睿

【摘要】能量守恒定律是高中物理中非常重要的一个知识点，充分掌握该知识点可以提高学生对物理知识的分析能力。能量守恒并非单独存在，其蕴含在力学、电学、光学等学科内，与其学科融会贯通。如何用能量守恒定律分析物理学中的各种问题，应当成为高中学生所掌握的技巧，其可以帮助学生在物理领域获得更好的发展。

【关键词】能量守恒；高中物理；物理问题

前言

能量不会凭空产生，也不会凭空消失，其常常从一种形式转化成为另一种形式，这也就是我们所接触到的能量守恒与转化定律。其是自然界非常重要的，并且是普遍存在的规律之一。在物理学中，通过对能量守恒定律的运用能够很好地解决相应的问题。能量守恒定律是物理学中非常重要的一种问题解决方法，其在力学、电学、光学中都有所涉及。运用能量守恒定律解决物理中的相关问题，能够提高学生的思维能力，帮助学生建立相应的问题分析能力，培养学生的物理思维。作为一名高中生，应当对此定律予以充分掌握，并尝试运用其分析高中物理中的问题，提高自身的物理素质修养。

一、力学中的能量守恒

我们在力学的学习过程中，最先接触到的是能量守恒定律。物体间的相互作用被称之为力，如果物体仅仅受到重力和弹力的作用，那么物体间的能量就会在动能和势能之间相互转化，但是机械能的总量保持不变。此被称为机械能的守恒与转化，是能量守恒定律在力学中的表现，是解决力学问题的一条重要途径。

下面，笔者通过一道例题探析能量守恒定律在力学中的应用。

例题：如图1所示，水平传输带匀速前行，其速度是v=2.0m/s，A端上方在传料斗中装有煤。在阀门打开的时候，煤依照流量为Q=50kg/s滚落到传送带上。在煤与传送带达到同速之后，被运到B端。那么，煤在运送过程中，下列说法正确的是（）

图1

A.电动机应增加的功率为100W

B.电动机应增加的功率为200W

C.在一分钟内因煤与传送带摩擦生的热为6.0×103J

D.在一分钟内因煤与传送带摩擦生的热为1.2×104J

分析：此道例题可以通过能量守恒定律进行分析。煤流到传送带之后，其在摩擦力的作用下所产生的初速度为0，并进行的是直线匀加速运动。此时，摩擦力对煤做的功是正功，对传送带所做的功是负功。这时候，传送带多做的功就会进行转化，形成煤的动能以及系统之间的热量。也就是说，摩擦力所产生的能量进行了转化，而要想找到本题的正确答案，则需要对能量守恒定律有准确的理解，根据能量守恒定律对此问题进行准确解答。

二、电学中的能量守恒

电场中的带电物体受到电场力的作用，其所做的功等于给带电物体电势能增量的负值，也就是W=-?Ep其所反映的是通电导体被安倍力所做的功，其反映了电能和其他形式的能之间的守恒和转化。我们在课堂上所学习到的欧姆定律，以及电磁感应中的法拉第电磁感应定律以及楞次定律等，都是能量守恒定律的直接反映。

例题：如图2所示，水平光滑的桌面上并排排列三个带有正电的质点，其用数字表示为1、2、3。三个质点均为与边长为l的等边三角形的三个顶点处，C是此三角形的中心。三个质点的质量均为m，所带电荷为q。质点1和3之间使用具有绝缘性质的刚杆进行连接，在3的位置使用没有摩擦的铰链进行连接。开始时候三个质点的速度都是0，那么在之后的运动中，质点3运动到C处之后，其速度是多少？

分析：本题三个质点构成系统，其不考虑所受外力的作用，仅仅是质心C保持不变。那么，在初始状态之下质点3的位置就是，根据对称原则可以得知质点3会在质点1、2作用下沿着OC方向运动，三个质点永远处于三角形的顶点位置，其质量守恒的公式为?Ek=?EP。

三、光学中的能量守恒

光学中的能量守恒指的是在光的照射下，物体发射电子的现象，此被称为光电效应。在爱因斯坦的光电效应方程式表达中，mv2=hv-W。此公式表达的是金属中电子吸收光子的能量，其中一部分能量用于克服原子核对电子的引力做功，也就是常说的逸出功；另一部分多余的能量为电子离开金属表面所具有的动能。因此，爱因斯坦的方程表达式，正是能量守恒定律的外在表现。在光学中，很多理论知识在学习时比较抽象，但是运用能量守恒定律进行总结和分析，其能量的转化就会变得较为容易。因此，在光学中我们同样需要运用能量守恒定律帮助我们对其进行更好的学习。

四、结语

自然界是一个非常丰富的世界，其运动的形式多种多样，能量守恒定律在其中表现的形式也不尽相同。能量守恒定律其适应性非常普遍，我们在进行物理的学习过程中，需要对其进行充分掌握，对知识点进行详细理解，只有真正掌握该定律的内涵，才能让其帮助我们在物理的学习中获得更大的发展和进步。

参考文献

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